虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用初探

陳霞

摘要：在電子技術被廣泛應用之后，專業(yè)級的電子技術人才缺口越來越大。而當前的中職電工的傳統(tǒng)教學模式，對于專業(yè)技術應用型人才的培養(yǎng)存在很多的不足。尤其是占據(jù)絕大部分教學時間的理論性教學，難以讓學生有效了解并掌握當前時代所需的電工電子技術。而虛擬仿真技術則不然，其對于傳統(tǒng)教學模式是一個巨大的顛覆，有效增強了教學實驗效果，讓學生更加清晰直觀地了解當前技術，并能夠有效培養(yǎng)他們的應用能力。因此，有必要深入研究虛擬仿真技術的應用，以提高中職電工電子技術課程的教學質量，培養(yǎng)社會真正需要的技術應用型人才。

關鍵詞：中職；電工電子技術；虛擬仿真技術

伴隨著社會對于專業(yè)技術型人才的需求，中職專業(yè)教育改革也在如火如荼地進行當中。在虛擬仿真技術已經被社會其他領域廣泛運用的基礎上，仿真軟件在中職教學中也迎來了突破，被應用于專業(yè)的電工電子技術教學。在電子電路教學中需要進行數(shù)據(jù)分析、電路性能測試、模擬電路運行狀態(tài)時就可以采用Multisim這一軟件。這種仿真軟件的使用，有效地突破了傳統(tǒng)教學中的時空限制，使學生能夠更加清晰直觀地了解電子電路的運行、性能等諸多內容。極大地激發(fā)學生的學習興趣，促使學生更加積極主動地參與學習，同時直觀形象的電路模擬大大降低了電工電子知識的學習難度，顯著提升學生的學習效率。因此，應該積極探索中職電工電子技術教學中虛擬仿真技術、仿真軟件工具的應用，提出相應的應用對策，以提高電工電子技術教學效果。

一、 虛擬技術下的教學情境構建

創(chuàng)建出有價值的教學情境對于當前中職教學來說是至關重要的，作為中職教師就可以有效地綜合學生認知水平、教學內容以及建構主義這三個方面。利用虛擬技術的優(yōu)勢，為學生構建出符合他們學習水平的教學情境，通過對于實際案例的結合更好地闡述知識。教師可以利用虛擬仿真軟件Multisim模仿真實的電路，為學生構建一個虛擬仿真電路的教學情景，使學生直接觀察文字語言難以描述的電路變化。Multisim這一軟件還可以為學生呈現(xiàn)出真實的電路工作狀態(tài)，并且標注有每一項的參數(shù)變化。以三極管放大電路靜態(tài)工作點的設置為例，輸出波形與靜態(tài)工作點的設置有直接關系，只有選擇恰當?shù)撵o態(tài)工作點才可以輸出完整波形，避免失真。因此，在這一階段的學習中需要學生將靜態(tài)工作點的設置方法作為整個學習的重中之重，而且還需要掌握怎么樣求解靜態(tài)工作點。傳統(tǒng)模式下，教師主要是對著課本進行理論講述和公式推導，未免顯得枯燥乏味，學生難以理解。為此，教師可以在教學中利用虛擬仿真軟件進行電路仿真，基于虛擬仿真電路進行電工電子技術教學，有效提高學生的學習熱情，幫助學生理解知識。首先，可以用虛擬仿真軟件Multisim創(chuàng)建虛擬的“放大電路的直流通路”仿真電路教學情境。再指導學生運用萬用表測量靜態(tài)工作點，讓學生認識萬用表，掌握其使用方法，然后再測量放大電路的靜態(tài)工作點，在測試結束后，學生就需要將理論和測試結果進行對比，我們就會發(fā)現(xiàn)，通過虛擬仿真技術所獲得的測量值和計算結果十分接近。通過這種對比性的操作，學生對于靜態(tài)工作點的求解方法和測量方法的理解程度會進一步加深。可見，對于基礎較弱的中職學生而言，虛擬仿真軟件可以提供非常直觀的教學情境，降低電路知識的理解難度，從而提高他們的學習效率。

二、 虛擬技術引導下的學生探究

在教學活動中，教師不僅僅需要向學生傳遞知識，還需要傳遞學習知識的基本方法，引導并幫助學生進行知識建構。因為電子電工技術這門學科的操作性較強，教師就應該引導學生進行自主性的探究。因為大部分電工電子技術專業(yè)知識都需要通過實驗來加以驗證，如果不能進行實驗，學生就無法實現(xiàn)對知識的探究。而利用虛擬仿真技術可以有效地解決這個問題，教師可以指導學生運用虛擬仿真軟件開展仿真實驗，對相關知識進行實驗探究和驗證。傳統(tǒng)教學模式下，教師往往更偏重理論講解，讓學生對這三種電路進行比較分析，最后得出結論。但是這三種電路類型極其容易產生混淆，學生在單獨學習的時候很容易理解，但是一旦綜合起來，很多學生就會出現(xiàn)手足無措的情況。而利用虛擬仿真技術則不然，在借助虛擬仿真軟件后可以對這三種電路進行虛擬仿真，如指導學生進行共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路的仿真實驗，用虛擬示波器測量兩種放大電路的輸入、輸出波形，讓學生比較分析兩種波形的相位、幅度有何差異。學生會發(fā)現(xiàn)，共集電極電路輸入、輸出波形的相位、幅度均相同。而共發(fā)射極電路的輸入、輸出波形的相位正好相反，輸出波形的幅度大于輸入波形的幅度。再讓學生比較分析這兩類放大電路在結構上的差異，使學生明白，共集電極電路信號來自于三極管發(fā)射級，而共發(fā)射極電路信號來自于三極管集電極。通過虛擬仿真電路，學生可以觀察兩類電路的特點，進行直觀的比較分析。在教學過程中，教師利用虛擬仿真軟件，以學生為主體，引導他們根據(jù)虛擬仿真電路進行探究學習，這樣一來，可以幫助他們完成知識的自主建構，成功提高課堂教學效果。

三、 虛擬仿真軟件下的實驗教學

因為電子電工技術的實踐性較強，所以實驗教學是整體教學活動中不可或缺的一部分。但是，這種實驗性的操作存在著很多不安全因素。雖然教師在學生進行實驗操作之前不厭其煩地強調要注重實驗安全，要求學生務必按照實驗操作規(guī)程進行操作。但仍然無法完全杜絕實驗安全事故，導致教師因為擔心學生的安全，很多實驗不讓學生操作。此外，由于實驗條件的限制，很多實驗也無法讓學生來完成，即使可以完成，其實驗成本也很大。而在教學中利用虛擬仿真技術，通過計算機就可以組織學生開展各種各樣的實驗，不管電路多復雜，實驗條件多苛刻都可以進行仿真實驗，且無須擔心學生的人身安全問題。尤其是一些用于驗證理論的實驗，運用虛擬仿真軟件進行仿真實驗很快就可以得到，相比真實的電路實驗、效率高、成本低、安全性好。相較于必須在實驗室當中進行的學習，虛擬仿真明顯具備著更多的優(yōu)勢，只要學生擁有一臺電腦，那就可以隨時隨地地進行各種仿真性的實驗。在仿真性實驗的過程中，學生的理論知識和實踐操作得到了完美的結合，對于學生應用能力的提高，教學質量的提升都具備很好的效果。例如，在實際的數(shù)字電路教學活動中，虛擬仿真軟件的意義就在于其能夠使用邏輯轉換儀，實現(xiàn)邏輯電路、表達式以及真值表三者之間的有效轉換。又如，在開展整流濾波實驗教學時，教師可以引導學生利用虛擬仿真技術開展仿真實驗。首先是用虛擬仿真軟件創(chuàng)建整流濾波電路，然后連通仿真電源，就可以用示波器顯示整流濾波效果，調節(jié)仿真電路的電容參數(shù)，還可以直觀地顯示波形變化，電容量不同，波形不同，體現(xiàn)了電容的濾波效果。通過仿真電路實驗，讓學生深入了解實驗方法、實驗步驟、實驗現(xiàn)象等，在進行真實的實驗操作時，就能更加熟練，從而提高實驗教學效果。盡管電路仿真實驗的優(yōu)點很多，但實驗教學完全依靠虛擬仿真技術，而是要結合真實實驗和仿真實驗，有效發(fā)揮虛擬仿真技術在實驗教學中的輔助作用，以提高學生的實驗操作能力，促進學生實踐創(chuàng)新力的發(fā)展。特別是針對非常復雜的實驗，讓學生進行真實的實驗操作是不現(xiàn)實的，完成難度非常大。因此，在電工電子技術的實驗教學中，教師可以運用虛擬仿真技術，讓學生在計算機上進行仿真實驗，完成真實環(huán)境下難以完成的復雜實驗。例如，在開展示波器驗證差動放大電路特性的實驗教學時，考慮到恒流源式差動放大電路中包含了對稱的兩個放大電路和兩個具兩個輸入、輸出端，這個實驗條件較高，實驗過程比較復雜。因為實驗中的電路需要完成對稱，而在真實環(huán)境中很難找到安全對稱的實驗器材，以至于在真實的實驗中測量得到的實驗結果常常不理想，不準確。如果使用虛擬仿真技術進行仿真實驗，就可以模擬完全對稱的實驗電路，因而得到的仿真實驗結果也比較理想，有助于學生更好地理解和掌握恒流源式差動放大電路的特性，真正理解輸入差模信號是放大、輸入共模信號是抑制的規(guī)律。

四、 結語

在中職電子電工技術的教學過程中采用虛擬發(fā)展技術，是時代和社會發(fā)展的必然要求，也是符合中職教育特點和學生認知水平的。因其不受時空局限、直觀性和安全性等條件，對于學生的電子電工的學習能力、實踐能力以及應用能力都得到了有效的提升，為學生今后的發(fā)展奠定了堅實的基礎。因此，在當前具體教學過程中，教師首先就須要徹底將虛擬仿真技術引入到教學活動當中，為學生構建合理的教學情境，引導學生采用這種技術進行操作，提高學生的實驗水平及安全性。最大程度上培養(yǎng)學生的知識運用能力，使他們的創(chuàng)新思維能夠進一步發(fā)展。

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